Фильтр перед АЦП. Нужен ли?, Конкретно, для оцифровки РЛС сигналов. Опции

[Serhiy_UA]

Есть морские гражданские РЛС работающие в Х – диапазоне. На выходе приемопередатчика РЛС видеосигнал с полосой 3..30 МГц. Этот сигнал оцифровывается АЦП с частотой 20 МГц и далее визуализируется на экране компьютера. При этом первичной цифровой обработки нет (ни БПФ, не цифровых фильтров). Вторичная обработка – это перенос изображения на компьютерную карту и адаптивная пороговая обработка. Вот такая система.

Ставили перед АЦП аналоговый фильтр до 9МГц, но работали и без фильтра. Разницы в восприятии РЛС изображения не ощущается.

Сейчас, из соображений необходимости соответствия теореме отсчетов, продвигается идея поставить КИХ-фильтр с АЦП на 80МГц, затем децимация до тех же исходных 20 МГц.

В моем представлении здесь КИХ-фильтр избыточен, т.е. можно обойтись без строгого соблюдения теореме отсчетов. Так ли?

[Tano]

к Serhiy UA
.."продвигается идея поставить КИХ-фильтр с АЦП на 80МГц.." КИХ - аналоговый?

[Serhiy_UA]

Здесь КИХ-фильтр цифровой. В этом варианте сигнал непосредственно поступает на АЦП с частотой дискретизации 80МГц, затем цифровая КИХ фильтрация с этим же тактом, и последующее прореживание до исходных 20МГц. В итоге добиваемся некого цифрового антиалиасинга, заодно утилизируем свободные ресурсы в используемой FPGA (Cyclone III EP3C40Q240C8).

В варианте с аналоговым антиалиасинговым фильтром марки SCLF-8.4 (см., *.pdf в приложении), сигнал сначала фильтруется и поступает на АЦП с частотой 20МГц. Здесь все по классике, только этот фильтр имеет чебышевский характер и при обкатке тестового прямоугольного импульса дает на его вершине небольшие колебания, с которыми, в общем-то можно и смириться, хотя он иногда и досаждает.. .

Ну и, в изначальном варианте, который тоже удовлетворял, никакого антиалиасингового фильтра не было вообще, сигнал просто поступал на АЦП с дискретизацией 20МГц.
Вариант с КИХ-фильтром сейчас обкатывается, а два предыдущих варианта эксплуатируются ряд лет на нескольких станциях.

Кстати, про теорему отсчетов популярно сказано в http://dspsys.org/adc/42-samplingtheorema

Время от времени меня посещает мысль, что в такой специфической сфере, как прием и обработка сигналов видео от приемников РЛС, можно обходиться и без антиалиасингового фильтра. То есть фильтр и нужен для защиты от помех и ЭМС, но не обязательно для соответствия теореме отсчетов.
По моему, вопрос упирается (и может разрешится) с разработкой точных математических критериев оптимальности (что тоже не просто) и в проведении большого объема экспериментальных работ по накоплению статистик. Хотя, согласен, можно и не заморачиваться.

Всем откликнувшимся большое спасибо за замечания и соображения!

[shf_05]

Время от времени меня посещает мысль, что в такой специфической сфере, как прием и обработка сигналов видео от приемников РЛС, можно обходиться и без антиалиасингового фильтра. То есть фильтр и нужен для защиты от помех и ЭМС, но не обязательно для соответствия теореме отсчетов.

пока помех нет и сигнал в нужной полосе частот все и так удовлетворяет теореме отчетов, если вдруг возникнет помеха вне полосы вашего сигнала, пусть такая, что находится в n-й зоне Найквиста, то тут как раз фильтр нужен для выполнения теоремы отчетов.
Не исключено, что помех нет т.к. определенную "фильтрацию" выполняет антенна устройства и тракт приемника, но все же советую все же применять хотя бы простейший RC фильтр на входе платы ибо помеха может все таки быть и не все операционники и АЦП адекватно ведут себя при наводках радиочастотного диапазона даже при частоте помехи выше диапазона рабочих частот операционника (АЦП).
АЦП на 80МГц лучше тем, что сигнал помехи должен быть за частотой 40 а не 10МГц чтобы "переносится по частоте" и аналоговый фильтр при этом можно попроще выбрать.